地質(zhì)處置是最常用的高放廢物處置方法,高放廢物地下實驗室是高放廢物處置過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我國擬在甘肅北山建設(shè)高放廢物地質(zhì)處置地下實驗室,在前期的研究過程中發(fā)現(xiàn)北山地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力較大,尤其是存在明顯的局部高應(yīng)力,致使在地下實驗室建設(shè)過程中具備發(fā)生巖爆的可能。長期以來巖爆研究一直受到國內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注,取得了豐富的研究成果,但由于巖爆是多因素綜合作用所致,以及地下工程存在大量的不確定性,目前無論是巖爆的發(fā)生機理還是巖爆預(yù)測預(yù)報都是針對具體工程開展的具體研究,還沒有形成完備的理論體系與技術(shù),因此為了確保北山高放地下實驗室建設(shè)安全,針對北山花崗巖的巖爆特征進(jìn)行預(yù)先研究是十分必要的。通過壓縮實驗、拉伸實驗、三軸實驗等室內(nèi)實驗對北山花崗巖物理力學(xué)行為進(jìn)行了研究,并進(jìn)一步基于應(yīng)變能和聲發(fā)射研究了北山花崗巖巖爆傾向性和破壞特征;通過室內(nèi)巖爆實驗研究了北山花崗巖巖爆發(fā)生的應(yīng)力狀態(tài)和巖爆特征,進(jìn)一步基于巖石板狀破壞結(jié)構(gòu)對北山花崗巖巖爆的機理和過程進(jìn)行了初步探討;基于小波分析和特征參量分析研究了北山坑探設(shè)施開挖過程中完整巖體和破碎巖體微震和聲發(fā)射特征。本文主要研究工作包括以下五個方面:(1)使用脆性系數(shù)和彈性能指數(shù)研究了北山花崗巖的巖爆傾向性;進(jìn)一步結(jié)合北山地應(yīng)力分布特征,研究了北山花崗巖巖爆等級與埋深的關(guān)系;通過坑探設(shè)施和深部鉆孔RQD值分析北山巖爆發(fā)生的地質(zhì)條件;基于國內(nèi)外工程巖爆實例建立了巖爆等級Fisher判別標(biāo)準(zhǔn),并進(jìn)一步分析了北山花崗巖的巖爆等級。(2)通過室內(nèi)三軸實驗研究了圍壓對北山巖石特征應(yīng)力的影響,揭示了破壞過程中彈性能、耗散能以及總能量的變化規(guī)律;基于破壞前后能量的變化規(guī)律建立三向應(yīng)力狀態(tài)下的巖爆傾向性指標(biāo),并進(jìn)一步分析圍壓對北山花崗巖巖爆傾向性的影響,研究表明北山花崗巖的巖爆傾向性隨著圍壓的增加而增加;研究了北山花崗巖破壞過程中聲發(fā)射特征參量的變化特征,進(jìn)一步研究了北山花崗巖破壞過程中聲發(fā)射b值和關(guān)聯(lián)維數(shù)的變化規(guī)律,綜合聲發(fā)射的b值和關(guān)聯(lián)維數(shù)研究了北山花崗巖破壞的前兆特征。(3)研究了卸載速率對北山花崗巖變形、強度以及應(yīng)變能的影響,并進(jìn)一步分析了卸載速率對北山花崗巖破壞的影響,研究表明北山花崗巖的強度隨著卸圍壓速率的增加而增加;基于聲發(fā)射聚類分析研究了卸載速率對北山花崗巖內(nèi)部裂隙形式的影響,研究表明隨著卸載速率的增加,北山花崗巖內(nèi)部張拉裂隙與剪切裂隙的比值增加;基于Maxwell模型分析了卸載速率和圍壓對北山花崗巖局部應(yīng)力狀態(tài)的影響,進(jìn)一步通過莫爾庫倫準(zhǔn)則研究了卸載速率和圍壓對北山花崗巖內(nèi)部破壞形式影響的力學(xué)機理。(4)基于室內(nèi)巖爆實驗研究了北山花崗巖發(fā)生即時型巖爆和時滯型巖爆的應(yīng)力狀態(tài)以及巖爆發(fā)生過程中的聲發(fā)射特征,研究表明時滯型巖爆聲發(fā)射b值大于即時型巖爆的聲發(fā)射b值;分析了即時型巖爆和時滯型巖爆碎屑尺寸、大小以及分形特征,進(jìn)一步分析即時型巖爆和時滯型巖爆的差異,研究表明時滯型巖爆和即時型巖爆的碎屑均以板片結(jié)構(gòu)為主,且即時型巖爆碎屑分形維數(shù)大于時滯型巖爆;考慮圍巖切向正應(yīng)力和徑向正應(yīng)力建立圍巖板狀結(jié)構(gòu)(巖板)破壞模型,研究了巖板長厚比、位置、厚度以及巖板長度對圍巖破壞的影響,并進(jìn)一步分析了圍巖發(fā)生巖爆的過程。(5)對北山坑探設(shè)施微震信號進(jìn)行波形和特征參量分析,并進(jìn)一步研究了完整段和破碎帶微震信號的異同;研究了三維聲發(fā)射系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)隨監(jiān)測時間的變化特征以及完整段和破碎帶聲發(fā)射特征的差異;分析了Pocket AE聲發(fā)射撞擊率與監(jiān)測時間和位置的關(guān)系,初步探討了Pocket AE在北山花崗巖巷道監(jiān)測中的可行性;通過應(yīng)力解除法研究了圍巖二次應(yīng)力分布特征;通過坑探設(shè)施完整巖體的鉆屑實驗研究鉆屑法在硬巖中的適用性;根據(jù)各種監(jiān)測方法的特點,針對北山花崗巖提出地下實驗室現(xiàn)場綜合監(jiān)測的建議。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU45
【部分圖文】：

圖 1.1 北山預(yù)選區(qū)鉆孔（BS15）餅化巖芯Fig.1.1Discingof rock core inBeishan preselectedarea(BS15)，高放廢物地質(zhì)處置工程具有很強的社會敏感性，必問題進(jìn)行研究以消除公眾的疑慮，巖爆則是其中不可，鑒于北山地區(qū)的地質(zhì)特征和地下實驗室安全要求高

圖 1.2 研究技術(shù)路線圖Fig.1.2 Technicalrouteof research章小結(jié)章主要通過高放射性廢料的處置情況和北山預(yù)選區(qū)的應(yīng)力條件詳細(xì)介

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【參考文獻(xiàn)】

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1 馬利科;高放廢物處置庫甘肅北山花崗巖圍巖長期穩(wěn)定性研究[D];核工業(yè)北京地質(zhì)研究院;2017年

本文編號：2836331